直接序列扩频技术 通信工程毕业论文.doc

《直接序列扩频技术 通信工程毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直接序列扩频技术 通信工程毕业论文.doc（40页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 摘 要在通信技术迅猛发展的今天，通信系统的抗干扰技术已经成为通信研究的一项重要内容。通过对各种通信干扰的研究分析，了解其特点，产生过程及影响因素。研究分析了各种通信抗干扰技术，着重对直接序列扩频技术做了重点的学习。无线传输极易受到各种其他无线电波的干扰。不管是GSM 系统还是CDMA 系统, 都是干扰受限系统, 干扰的大量存在会极大地影响网络的通信质量和系统的容量。移动通信系统中主要存在以下干扰：同频干扰，临频干扰，互调干扰，多址干扰，噪声干扰。目前主要的抗干扰技术有：扩频技术，功率控制技术，间断传输技术，多用户检测技术等。本文主要讨论扩频技术中的直接序列扩频技术。直接序列（Direct S

2、equence，DS）扩频技术是将待传输信息信号与一个高速的伪随机码波形相乘后去直接控制射频载波的某一个参量，从而扩展了信号传输带宽的传输体制。关键词：MATLAB 通信干扰 抗干扰 直接序列AbstractIn communications, the rapid development of today, communication system of anti-interference technology has become one of the most important communications research content. Through various commun

3、ication jamming research analysis, understand its characteristic, production process and influence factors. The study analyzed the various communication anti-interference technology, focuses on the direct sequence spread spectrum technology has made the key learning. Wireless transmission vulnerable

4、 to all kinds of other radio interference. Whether GSM or CDMA system system, are interference restricted system, the massive existence of interference will greatly affect the quality of network communication and system capacity. Mobile communication system mainly exist in the following interference

5、: with frequency interference, the frequency interference, intermodulation interference, multi-access interference and noise interference. At present the main anti-interference techniques are: spread spectrum technology, power control technology, intermittent transmission technology, multi-user dete

6、ction, etc. This paper mainly discusses spread spectrum technology of the direct sequence spread spectrum technology. Direct Sequence (Direct Sequence, DS) spread spectrum technology will stay transmission information signal and a high-speed pseudo-random code waveform after Direct control to multip

7、ly the rf carrier to a certain parameters, thus expanded the signal of transmission bandwidth transmission system. Key words: MATLAB communication jamming anti-interference direct sequenceIII目 录 前 言11、通信干扰概述21.1通信干扰的特点21.2通信干扰的分类31.2.1压制性干扰31.2.2欺骗性干扰61.3 通信干扰的一般过程和影响因素61.3.1 无线电通信干扰的一般过程61.3.2 影响干扰

8、效果的因素72通信抗干扰102.1 概述102.2 通信抗干扰的原理103直接序列扩频技术133.1直扩系统的性能133.1.1 直扩系统的抗干扰性133.1.2 直扩信号的抗截获性143.1.3 直扩码分多址通信系统153.1.4 直扩系统的抗多径干扰性能163.2直接序列扩频的概念及理论基础173.2.1 直接序列扩频的概念173.2.2 扩频通信的理论基础173.3直接序列扩频的基本原理203.4扩频序列通信系统的同步原理234 SAWTDL在扩频系统中的应用264.1 SAWTDL -DL 解扩解调器264.2SAWTDL性能分析274.3基于SAWTDL-DL 的扩频系统测试结果30

9、总结32参考文献32致谢32i前 言在过去的10 年中，无线通信技术得到了迅猛发展和广泛应用。特别是个人移动通信蜂窝小区的快速发展，使用户摆脱有线终端的弊端，实现实际的个人移动性。而现今最新最先进的复杂电信技术还必须与旧移动通信系统（如专用无线通信或寻呼等）共存于一个复杂环境中，其中多数旧系统在以后若干年里还将一直用下去；与此同时，其它无线设备如数字视频广播和无线局域网等又会产生新的可能使通信服务中断的信号。由于环境限制越来越大，众多新业务竞相挤占有限的蜂窝站点，使得蜂窝信号发射塔上竖满了各种天线。而随着我们越来越多地通过移动电话联系、在互联网上观看多媒体表演和进行商业贸易，甚至不久我们的汽车

10、、冰箱和电烤箱也将使用RF信号互相交流，使得各种自然和人为性的干扰信号，包括机器噪声，码间干扰，单音干扰，宽窄带干扰，多址干扰，天线之间的干扰等以及军事无线通信系统中许多形式的干扰比如瞄准干扰，阻塞干扰，部分频带干扰和扫描式干扰等充斥在我们身边，通信的天空也变得更加拥挤。干扰信号会给无线通信基站覆盖区域内的移动通信带来许多问题，如电话掉线、连接出现噪声、信道丢失以及接收语音质量很差等，而造成干扰的各种可能原因则正以惊人的速度在增长。 1、通信干扰概述1.1通信干扰的特点 对无线电通信过程的干扰是在无线电通信技术诞生之前就已经客观存在了，如天线干扰和工业干扰等，但是人为有意的无线电干扰却是在无线

11、电通信技术成功应用于战争研究之后才发展起来的。其特点可归纳如下。1.对抗性。通信干扰是为了破坏或扰乱敌方的无线电通信。其信号发射目的不在于传送某种信息，而在于用干扰中携带的信息去压制和破坏敌方的通信。2.进攻性。无线电通信是有源的、积极地、主动地，他千方百计的“杀入”到敌方通信系统内部，所以干扰是有进攻性的。3.先进性。通信干扰每时每刻都以敌方为对象，因此它必须跟踪敌方通信技术的最新发展，并且设法超过敌方，只有这样才能开发出克敌制胜的通信干扰设备。4.灵活性和预见性。作为对抗性武器，通信干扰系统逆序具备敌变我变的能力，现代战场瞬息万变，为了立于不败之地，通信干扰系统的开发和研究必须注重功能的灵

12、活性和发展的预见性。5.技战综合性。通信干扰系统有如其他武器一样，其作用不仅取决于技术性能的优良，在很大程度上还取决于其战术使用方法。6.综合对抗性。无线电通信系统随着现代化战争的发展，已从过去单独的、分散的、局部的发展成为联合的、一体的、全局的通信指挥系统。7.工作频带宽。无线电通信干扰设备随着现代军事无线电技术的发展，需要覆盖的频率范围已经相当宽，甚至可以达到十几千赫到几十千赫。8.反应速度快。在跳频通信、促发通信飞速发展的今天，目标信号在每一个频率点上的驻留时间已经非常短促，这就要求通信干扰系统的反应速度十分迅速。9.干扰技术难。雷达是以接收目标回波进行工作的，回波很微弱，干扰起来比较容

13、易；而通信以直接波方式工作的，信号较强，所以对通信信号的干扰和压制比雷达干扰需要更强大的功率。总之，通信干扰技术领域中需要解决的技术难题有很多。1.2通信干扰的分类通信干扰是建立在通信侦查基础之上的，主要任务是干扰地方接收设备。在工作中，无线电接收设备的干扰是多种多样的。人为的干扰，按其产生方法，在无线电通信对抗中分为积极干扰和消极干扰。积极干扰由发射机发射或转发某种电磁波；消极干扰是利用本身并不产生电磁辐射的干扰物有意识的改变电磁波的传播情况。无线电通信有源干扰，从战术上考虑可以采用两种完全不同的手段，一是用干扰机发射某种干扰信号，以某种方式覆盖地方信号频谱。这种遮盖性干扰通常称为压制性干扰

14、。二是模拟性干扰或迷惑性干扰，常称为欺骗性干扰。综上所述，在无线电通信干扰中，压制性干扰比欺骗性干扰在技术上更能反映干扰的特点。1.2.1压制性干扰 1.按干扰信号的频谱宽度分类1） 瞄准式干扰。瞄准式干扰是指干扰的载频与信号的频率重和，或干扰信号和通信信号的频谱宽度相同。瞄准式干扰，通常每个干扰频率对准相应的一个通信信号频率实施干扰，但一开机干扰多目标的情况在外军中已被广泛的使用。例如，俄军P-378短波通信干扰机、P-330超短波通信干扰机，可分别实现一步干扰机同时干扰四个或三个不同信道的信号。2） 半瞄准式干扰。半瞄准式干扰与瞄准式干扰相比，频率重合的准确度较差，及干扰信号频谱与通信信号

15、频谱没有完全重合。通常干扰信号的频谱比被压制的敌方通信信号的频谱宽些。由于半瞄准式干扰功率不集中，利用率低，只有在特殊情况下使用。如敌方信号出现时间短，来不及瞄准，或者有的通信方式来说不需要准确的频率瞄准也能有较好的干扰效果。3） 阻塞式干扰。阻塞式干扰又称为阻拦式干扰，其干扰辐射的频谱很宽，通常能覆盖地方通信站的整个工作频段。其优点是无需频率重合设备，也不需要引导干扰的侦察设备，设备相对简单，能够同时压制频带内多个通信台站。但其缺点一是干扰功率分散且效率不高；二是在施放阻塞式干扰时，落入到其频带内的己方信号也受到干扰。4） 扫频式干扰。扫频式干扰是指干扰发射机的载频在较宽的频带内按某种方式由

16、低端到高端，或由高端到低端，连续变化所形成的干扰。这种干扰具有干扰反应时间短、机动中仍可进行干扰、管理方式自动化等特点。如法国的“狐狸”系统、英国的“雄鹰”和“神鹰”系统，可分别预置10信道/站和16信道/站等。 2.按干扰信号的调制方式分类1） 键控干扰。键控干扰信号是未经任何调制的单一频率信号，通常使用手动或自动将键控干扰信号发射出去，主要用于干扰振幅键控和频率键控的听觉无线电报和视觉印字无线电报的通信系统。2） 音频杂音调制干扰。使应用某种信号（音频、杂音）调制干扰发射机载波所形成的干扰，包括振幅干扰、调频干扰和调相干扰，主要用来压制各种相应的调制方式的无线电通信。3） 脉冲干扰。利用干

17、扰机发射一系列脉冲信号或类似于被干扰机脉冲信号而形成的干扰。特点是作用时间短促，脉冲功率大，通常用于干扰脉冲信号通信和数字通信。4） 纯噪声干扰。又称随机干扰，干扰信号由射频噪声源直接产生的起伏噪声经放大而形成的干扰。5） 综合干扰。是指利用两种以上的调制或键控方法形成的干扰。3.按作用强度分类1） 压制性干扰。干扰信号强度大大超过被干扰信号强度，使敌方在被干扰频段失真度超过50%，一般叫做干扰强度3。2） 强干扰。使用干扰功率较大的干扰机对敌方进行通信干扰，使敌方在被干扰频段失真度大15%-20%,一般叫做干扰强度2。3） 弱干扰。发射较小的功率对敌方的通信进行干扰，使敌方在被干扰频段失真度

18、不超过3%-5%，一般叫做干扰强度1。4.按辐射方向分类1） 强方向性干扰。干扰辐射方向小于，干扰功率集中。2） 弱方向性干扰。干扰辐射方向为，干扰功率分散。3） 无方向性干扰。对各个方向多有干扰辐射作用。5.按频率或波段分类1） 超长波、长波、中波通信干扰。干扰信号频率低于3MHz。2） 短波通信干扰。干扰频率为3MHz30MHz，干扰机一般采用瞄准式干扰。3） 超短波通信干扰。干扰频率为30MHz300MHz，干扰机大多采用阻塞式干扰。4） 微波通信干扰。干扰频率为300MHz3000MHz,的通信干扰。1.2.2欺骗性干扰 欺骗性干扰的目的是使敌方对其通信接收系统收到的信息作出错误的判断

19、。1.无线电通信冒充无线电通信冒充，就是模拟对方无线电通信的特点，并以一定的方式或行为，冒充敌方无线电通信网中某一电台，与该网其他台站进行通信联络。2.无线电通信伪装伪装欺骗是通过改变己方电磁形象实施的，它力图变换己方电磁发射，以对付敌方通信侦查活动。其实现方法是改变技术特征和变更可能暴露己方真实意图的电磁形象，或假意发射虚假信息。欺骗性干扰不仅仅限于以上两种方式，由于电子装备的不断更新，欺骗性干扰已逐步向更高深的方向发展。1.3 通信干扰的一般过程和影响因素1.3.1 无线电通信干扰的一般过程1. 发信设备发信设备一般包括终端及基带设备、调制设备、高频功放、天线设备及电源等。发信者把要发信的

20、消息X，经过终端及基带设备变换成电信号，其中有可能是经过编码、加密的电信号，通过调制设备使高频无线电震荡受调制，然后加以功放并通过天线设备向空间传输高频无线电信号S。2. 传输通道无线电信号的传输通道就是广阔的空间，但传输的路径随频率范围、设备所处地点以及用途的不同各不相同。3. 收信设备目前一般采用超外差式接收设备，因此包括：天线设备、高放、变频、中放、解调、基带及终端设备、电源设备等。由上所述可以看出，传输通道是敌我双方共用。如果我们在敌方通信系统的传输通道中加入无线电干扰，只要干扰的技术参数合适，就足以扰乱或压制敌方无线电收信设备的正常接收。无线电通信干扰的一般过程如下：1） 侦察接收敌

21、方无线电信号，分析其参数，测定要干扰的目标方位，蓉儿确定合适的干扰样式及参数。2） 根据电子战的计划和命令，向制定目标方向发射适当功率的高频干扰，这种干扰的技术参数由特殊的干扰调制系统组成。3） 在干扰过程中不断检验干扰效果，因此，电子干扰系统必须配备监视检测系统，如果被干扰信号的频率及信号参数改变时，就有控制系统改变干扰的频率，调整参数，是干扰参数保持在干扰效果最佳的参数上。1.3.2 影响干扰效果的因素在干扰过程中，敌方一定会采取一些组织上或技术上的抗干扰措施，我方则应根据“地变我变”的原则，采取反“抗干扰”措施。由上所述的干扰作用过程可以看出，影响干扰效果的因素如下。1.干扰发射机的功率

22、及天线的增益、效率和方向性对干扰效果的影响至关重要在信号电平一定的情况下，干扰是否奏效主要取决于接收机输入端干扰功率的大小。干扰功率主要受干扰发射机输出功率、发射天线增益、天线方向性及电波传播损耗的影响。2.干扰频率与目标信号频率的重合度对干扰效果的影响也是非常重要的首先要求能够在复杂多变的信号环境中确定目标信号，通常干扰机都借助于引导接收机来确定目标信号，有时电子支援措施提供的支持是必不可少的。明确了目标信号后，要求发射机的干扰信号与目标信号一致，即二者实现频率重合；否则，干扰信号会受到目标接收机通带的抑制而导致干扰效果严重下降。3.发射的干扰信号样式及参数的影响主要表现在干扰效率上不同的干

23、扰样式压制同一目标信号所需要的压制系数不相同，为了提高干扰的效率，应尽可能的选择压制系数小的干扰样式。同时，干扰样式越多，使得抗干扰更加困难。丰富的样式对通信干扰的措施将构成潜在的威胁，因为很难有一种或有限几种接收方式能同时对抗多种不同的抗干扰样式的干扰。4.敌方接收机的形式及技术性能对干扰效果的影响也很大在干扰样式和功率一定的条件下，接收机的抗干扰性能越完善，干扰效果越差。因此，干扰方应尽量对所干扰的通信系统的抗干扰性能有所了解，这一般需要情报侦察和上级部门帮助。5.传输路径不同对电磁波吸收与反射的影响长波、中波、短波、超短波以及微波等各波段无线电信号，传输路径及在传输过程中受到的影响不一样

24、。通信信号的路径与干扰的路径是不一样的，传输路径的影响也不完全一样，在某些距离上有时用天波比地波干扰效果好。6.其他因素从“物”的因素上看，还有敌方天线系统的方向性、接收设备所用的基带及终端设备的性能、敌方通信系统在受干扰时的反干扰技术措施等。2通信抗干扰2.1 概述普通民用通信系统所受到的干扰有自然干扰和无意的人为干扰。军事通信所面临的干扰除了自然干扰和无意的人为干扰外，更主要的是有意的人为压制干扰的威胁。这使得军事通信系统抗干扰能力比一半民用通信更高。军事通信抗干扰是对敌方的有意的无线电压制干扰活动所采取的反对抗措施，即采取措施削弱或消除敌方通信干扰己方通信系统的有害影响，以使己方通信设备

25、发挥正常效能。在现代战争中通信干扰和反干扰的斗争在激烈进行，面对敌方施放的强烈通信干扰，若系统没有很强的抗干扰能力，在战争中将被压制，难以或无法进行可靠地信息传输。2.2 通信抗干扰的原理干扰容限（）定义为系统尚能工作时，接收机允许输入的最大扰信比，干扰容限反映系统在干扰环境中对干扰的耐受能力，其值与干扰方式、信号形式和接受方法有关。由干扰容限的定义可知，一个通信系统能正常工作的条件是 （2.1）式中，为接收机输入扰信比；是系统的干扰容限。当式（3.1）不满足时，通信系统无法正常通信。满足时，通信质量好于最低要求，通信系统能正常通信。由此可知，可通过降低输入扰信比和提高系统干扰容限来提高系统抗

26、干扰能力。1） 降低接收机输入扰信比有接收机输入扰信比的关系式 （2.2）由式（3.2）可知：提高信号的发射功率（）、发射与接收天线的增益（，）、干扰的传输路径损耗（）、干扰与信号的时域、频域和极化的重合损耗（），以及减小信号的传输路径损耗（）都可以降低接收机的输入扰信比，减小系统受干扰影响的程度，提高信息传输的可靠性。、参数往往由干扰方控制，呗干扰方无法随意改变。2） 体高系统的干扰容限一般接收机模型的干扰容限可以表示成 （2.3）因而，通过提高，降低、就可以提高系统的干扰容限，从而提高系统抗干扰能力。3.3 抗干扰通信技术现在存在很多种抗干扰技术，可分别从不同角度描述。1）频率域采用频率域

27、处理。包括：直接序列扩频、跳频扩频、跳频/扩频体制等。2） 时间域采用时间域处理。包括：瞬时、跳时等。3） 空间域采用空间域处理。包括：自适应天线等。4） 其他方式其他数字处理方式。包括：干扰抵销、纠错编码等。3直接序列扩频技术3.1直扩系统的性能3.1.1 直扩系统的抗干扰性 直扩系统最早应用是在军事通信中作为很强抗干扰性的通信手段。直扩系统对窄带干扰、宽带干扰等，都具有抗干扰能力，其抗干扰能力大小就是前面提出的扩频处理增益 ， 越大，抗干扰能力就越强。下面就来分析直扩系统抗宽带干扰和抗窄带干扰的原理。解扩后的有用信号信息带宽BA有用信号干扰电平白限热噪声电平功率频谱干扰信号 图3-1直扩系

28、统抗宽带干扰的示意图（a）接收机输入的信号及干扰的功率谱 （b）相关器输出的信号及干扰的功率谱这里的宽带干扰是泛指的与扩频信号不相关的，在CDMA通信网中，其它用户的信号就是一种宽带干扰。相关处理前，信号频谱是很宽的，经相关处理后，有用信息被解扩，其功率谱集中于信息带宽内，而宽带干扰通过相关器，其功率谱密度基本不变。由于解扩后必然连接窄带滤波器，保证信号能顺利通过，对信号频带之外的各种干扰起到很大的抑制作用，从而提高了输出的信噪比。对单频或窄带干扰，直扩系统有很强的抗干扰能力。图3-2（a）为解扩前的功率谱，窄带干扰功率很大，由于干扰与本地扩频码（PN码）是不相关的。对干扰来说，相关器起到扩展

29、频谱的目的，功率谱密度就大大下降，其中对信号有害的干扰分量只有落入信息带宽部分，从而抑制了大部分干扰。由于有用信号能顺利通过窄带滤波器，因此提高了输出的信噪比。A A解扩后的有用信号干扰被扩展频谱有用信号窄带干扰信号 （a）未解扩的功率谱（b）解扩后的功率谱图3-2 直扩系统抗窄带干扰示意图3.1.2 直扩信号的抗截获性 截获敌方信号的目的在于： 1.发现敌方信号的存在， 2. 确定敌方信号的频率， 3. 确定敌方发射机的方向。 理论分析表明，信号的检测概率与信号能量与噪声功率谱密度之比成正比，与信号的频带宽度成反比。直扩信号正好具有这两方面的优势，它的功率谱密度很低，单位时间内的能量就很小，

30、同时它的频带很宽。因此，它具有很强的抗截获性。如果满足直扩信号在接收机输入端的功率低于或与外来噪声及接收机本身的热噪声功率相比拟的条件、则一般接收机发现不了直扩信号的存在。另外，由于直扩信号的宽频带特性，截获时需要在很宽的频率范围进行搜索和监测，也是困难之一。因此，直扩信号可以用来进行隐藏通信。至于如何发现敌方直扩信号的存在，和弄清楚其参数，即直扩信号的检测与估值问题。3.1.3 直扩码分多址通信系统 多址通信系统指的是许多用户组成的一个通信网，网中任何两个用户都可以通信，而且许多对用户同时通信时互不不扰。应用直扩系统就很容易组成这样一个多址通信系统(网)。具体的做法是给每一个用户分配一个PN

31、码作为地址码。首先，利用直扩信号中PN码的相关特性来区分不同的用户，每个用户只能收到其他用户按其地址码发来的信号，此时自相关特性出现峰值，可以判别出是有用信号。对于其他用户发来的别的信号，因PN码不同时互相关值很小，不会被解扩出来。其次，利用直扩信号中频谱扩展，功率谱密度很低的特性，可以有许多用户共用同一宽频带。此时相互之间干扰很小，可以当作噪声处理。另外，每个用户占用的频宽很窄，相对说来，频谱利用率也是高的。实现直扩码分多址通信值得注意的问题有： 1. 是要选择有优良互相关特性的码。 一般多采用有二值或三值相关特性的码作为地址码。同时还需要有一定的数量。Gold码就可以作为地址码来用，它既有

32、较优良的相关特性，也有足够的数量可供选。 2. 是要注意克服“远近”问题。 所谓“远一近”问题指的是距离近的用户的信号强，它会干扰距离远的弱信号的接收。解决的办法是采用自动功率控制，自动调节各用户的发射功率，使达到接收机时各用户信号功率基本相等，也就是满足接收机输入端等功率的条件，才能正确地区分有用信号。 3. 是同时通话的用户数，决定于整个网内的噪声水平。 因此，直扩码分多址系统是一种噪声受限的系统。随着用户数的增加，通信质量逐渐变坏。3.1.4 直扩系统的抗多径干扰性能 多径信道就是发射机和接收机之间电波传播的路径不止一条。例如由于大气层的反射和折射，以及由于建筑物等对电波的反射都是形成多

33、径信道的原因。不同的传播路径使电波在幅度上衰减不同，到达时间的延迟也不同。直扩系统能够同步锁定在最强的直达路径的电波上。其它有延迟到达的电波，由于相关解扩的作用，只起到噪声干扰的作用。这就是利用PN码的自相关特性，只要延迟超过半个PN码时片，其相关值就很小，可作为噪声来对待。另外，如果采用不同时延的匹配滤波器，把多径信号分离出来，还可以变害为利，将这些多径信号在相位上对齐相加，起到增加接收信号能量的作用。因此，直扩系统是一种有效的抗多径干扰的通信系统。3.2直接序列扩频的概念及理论基础3.2.1 直接序列扩频的概念直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）工

34、作方式，简称直扩方式（DS方式）。就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。 直接序列扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。3.2.2 扩频通信的理论基础长期以来，人们总是想方设法使信号所占的频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资源利用率。但扩频通信在发送端用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在接收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复出所传信息数据。为什么要用宽频带信号来传输窄带信息呢？主要是为了通信的安全可靠性

35、。这可用信息论和抗干扰理论的基本观点来说明： 根据香农(C.E.Shannon)在信息论研究中总结出的信道容量公式，香农公式： C=Blog2(1+S/N)。 （3-1）式中：C-信息的传输速率（信道容量） 单位b/s； S-信号平均功率单位W； B-频带宽度 单位Hz； N-噪声平均功率 单位W。由式中可以看出：为了提高信息的传输速率C，可以从两种途径实现，既加大带宽B或提高信噪比S/N。换句话说，当信号的传输速率C一定时，信号带宽B和信噪比S/N是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能

36、的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处。柯捷尔尼可夫在其潜在抗干扰性理论中得到如下关于信息传输差错概率的公式 （3-2）此公式指出，差错概率Pe是信号能量E与噪声功率谱密度 之比的函数。设信息持续时间为T，或数字信息的码元宽度为T，则信息的带宽Bm为 （3-3）信号功率S为 （3-4）已调（或已扩频）信号的宽度为B，则噪声功率为 （3-5）将式（3-3）（3-5）代入式（3-2），可得 （3-6）上面公式指出，差错概率Pe是输入信号与噪声功率之比（S/N）和信号带宽与信息带宽之比（B/Bm）二者乘积的函数，信噪比与带宽是可以互换的。它同样指出了用增加带宽的方法可以换取信噪比上的好处

37、。综上所述：将信息带宽扩展100倍，甚至用1000倍以上的带宽信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全的通信。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。3.2.3扩频增益和抗干扰容限扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系统带来的好处是大大提高了抗干扰容限。理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关。一般把扩频信号带宽W与信息带宽F之比称为处理增益 ，即 (3-7)它表明了扩频系统信噪比改善的程度。除此之外，扩频系统的其他一些性能也大都与 有关。因此，处理增益是扩频系统的一个重要性能指标。系统的抗干扰

38、容限 定义如下： (3-8)式中：（S/N）。= 输出端的信噪比， = 系统损耗由此可见，抗干扰容限 与扩频处理增益 成正比，扩频处理增益提高后，抗干扰容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益。3.3直接序列扩频的基本原理所谓直接序列扩频（DS），就是直接用具有高速率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而接收端，用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。图4-3示出了直扩通信系统的原理方框图（3）（4）载波0 1 11 1 1 10101（1）信码m（t）（2）

39、伪码p（t）（5）PSK已调波（7）相位（6）相位（9）解调输出（8）中频调相图3-2 直扩通信系统的主要相位或波形图3-3 直扩通信系统的组成框图信息信码m(t)BPSK调制载波PN 码扩频解调本地PN码BPSK解调本地载波在发送端输入信息码元m（t），它是二进制数据，图中为0、1两个码元，其码元宽度为 。加入扩频解调器，图中为模2加法器，扩频码为一个伪随机码（PN码），记作p（t）。伪码的波形如图 4-2 中的第（2）个波形，其码元宽度为 ，且取 =16 。通常在DS系统中，伪码的速率 远远大于信码速率 ，即 ，也就是说，伪码的宽度 远远小于信码的宽度 ，即 ，这样才能展宽频谱。模2加法器

40、的运算规则可用下式表示 （39）当m（t）与p（t）符号相同时，c（t）为0；而当m（t）与p（t）不同时，则为1。c（t）的波形如图4-3所示中的第（3）个波形。由图可见，当信码m（t）为0时，c（t）与p（t）相同；而当信码m（t）为1时，则c（t）为p（t）取反既是。显然，包含信码的c（t）其码元宽度已变成了 ，即已进行了频谱扩展。其扩展处理增益也可用下式表示 （310）在 一定的情况下，若伪码速率越高，即伪码宽度（码片宽度） 越窄，则扩频处理增益越大。 经过扩频，还要载频调制，以便信号在信道上有效的传输。图中采用二相相移键控方式。调相器可由环行调制器完成，即将c（t）与载频 相乘，输出

41、为 。即 （311）式中， （312）因此，经过扩频和相位调制后的信号 为 （313）由上面讨论可知，经过扩频调制信号c（t）可看作只取 1的二进制波形，然后对载频进行调制，这里是采用调相（BPSK）。所谓调制，就是指相乘过程，可采用相乘器，环行调制器（或平衡调制器），最后得到的是抑制载波双边带振幅调制信号。这里假定平衡调制器是理想对称，码序列取+1、 1的概率相同，即调制信号无直流分量，这样平衡调制器输出的已调波中，无载波分量。 通过发射机中推动级、功放和输出电路加至天线发射出去。通常载波频率较高，或者说载波周期 较小，它远小于伪码的周期 ，即满足 图3-3中（4）示出的载波波形 ，这是为了

42、便于看清楚一些，否则要在一个 期间内画几十个甚至几百个正弦波。对于PSK来说，主要是看清楚已调波与调制信号之间的相位关系。图3-3中的第（5）个图为已调波 的波形。当c（t）为一码时，已调波与载波取反相；而当c（t）为0码时，取同相。已调波与载波的相位关系如图3-3中的第（6）个图所示。接收端的工作原理：假设发射的信号经过信道传输，不出现差错，经过接收机前端电路（包括输入电路、高频放大器等），输出仍为 。这里不考虑信道衰减问题，因为对PSK调制信号而言，重要的是相位问题，这里的假定对分析工作原理是不受影响的。相关器完成相干解调和解扩。接收机中的本振信号频率与载波相差为一个固定的中频。假定收端的

43、伪码（PN）与发端的PN码相同。接收端本地调相情况与发端相似，这里的调制信号是p（t），即调相器输出信号 的相位仅取决于p（t），当p（t）=1时， 的相位为 ；当p（t）=0时， 的相位为0。信号 的相位如图3-3中（7）所示。相关器的作用在这里可等效为对输入相关器的 、 相位进行模2加。对二元制的0、 而言，同号模2加为0，异号模2加为 。因此相关器的输出的中频相位如图4-3中的（8）所示。然后通过中频滤波器。滤除不相关的各种干扰，经解调恢复出原始信息。这一过程说明了直扩系统的基本原理和它是怎样通过对信号进行扩频与解扩处理从而获得提高输出信噪比的好处的。它体现了直扩系统的抗干扰能力。3.4

44、扩频序列通信系统的同步原理任何数字通信系统都是离散信号的传输，要求收发两端信号在频率上相同和相位上一致，才能正确地解调出信息。扩频通信系统也不例外。一个相干扩频数字通信系统，接收端与发送端必须实现信息码元同步、PN码码元和序列同步和射频载频同步。只有实现了这些同步，直扩系统才能正常的工作。可以说没有同步就没有扩频通信系统。同步系统是扩频通信的关键技术。信息码元时钟可以和PN码元时钟联系起来，有固定的关系，一个实现了同步，另一个自然也就同步了。对于载频同步来说，主要是针对相干解调的相位同步而言。常见的载频提取和跟踪的方法都可采用，例如用跟踪锁相环来实现载频同步。因此，这里我们只需讨论PN码码元和序列的同步。 一般说来，在发射机和接收机中采用精确的频率源，可以去掉大部分频率和相位的不确定性。但引起不确定性的因素有以下一些：1. 收发信机的距离引起传播的延迟产生的相位差; 2. 收发信机相对不稳定性引